芯片到底是怎麼做出來的?

靖邦之心


芯片又稱IC,泛指所有的電子元器件,是在硅板上集合多種電子元器件實現某種特定功能的電路模塊。它是電子設備中最重要的部分,承擔著運算和存儲的功能。集成電路的應用範圍覆蓋了軍工、民用的幾乎所有的電子設備,具體情況如下,望採納!

工具/原料

晶圓(晶圓的成分是硅,硅是由石英沙所精練出來的,晶圓便是硅元素加以純化(99.999%)。)

步驟/方法

1

將些純硅製成硅晶棒,成為製造集成電路的石英半導體的材料,將其切片就是芯片製作具體需要的晶圓。

2

晶圓塗膜。晶圓塗膜能抵抗氧化以及耐溫能力,其材料為光阻的一種。

3

晶圓光刻顯影、蝕刻。該過程使用了對紫外光敏感的化學物質,即遇紫外光則變軟。通過控制遮光物的位置可以得到芯片的外形。在硅晶片塗上光致抗蝕劑,使得其遇紫外光就會溶解。這是可以用上第一份遮光物,使得紫外光直射的部分被溶解,這溶解部分接著可用溶劑將其沖走。這樣剩下的部分就與遮光物的形狀一樣了,而這效果正是我們所要的。這樣就得到我們所需要的二氧化硅層。

4

攙加雜質。將晶圓中植入離子,生成相應的P、N類半導體。具體工藝7a686964616fe58685e5aeb931333365656531是是從硅片上暴露的區域開始,放入化學離子混合液中。這一工藝將改變攙雜區的導電方式,使每個晶體管可以通、斷、或攜帶數據。簡單的芯片可以只用一層,但複雜的芯片通常有很多層,這時候將這一流程不斷的重複,不同層可通過開啟窗口聯接起來。這一點類似所層PCB板的製作製作原理。 更為複雜的芯片可能需要多個二氧化硅層,這時候通過重複光刻以及上面流程來實現,形成一個立體的結構。

5

晶圓測試。經過上面的幾道工藝之後,晶圓上就形成了一個個格狀的晶粒。通過針測的方式對每個晶粒進行電氣特性檢測。 一般每個芯片的擁有的晶粒數量是龐大的,組織一次針測試模式是非常複雜的過程,這要求了在生產的時候儘量是同等芯片規格構造的型號的大批量的生產。數量越大相對成本就會越低,這也是為什麼主流芯片器件造價低的一個因素。

6

封裝。將製造完成晶圓固定,綁定引腳,按照需求去製作成各種不同的封裝形式,這就是同種芯片內核可以有不同的封裝形式的原因。比如:DIP、QFP、PLCC、QFN 等等。這裡主要是由用戶的應用習慣、應用環境、市場形式等外圍因素來決定的。

7

測試、包裝。經過上述工藝流程以後,芯片製作就已經全部完成了,這一步驟是將芯片進行測試、剔除不良品,以及包裝。



中國科技開發院永州



芯片是怎麼做出來的,這個問題問的很大也很複雜,估計就算是芯片行業的從業者都不一定能完全準確的將芯片的設計過程講清楚,而且就算是講清楚最後也可能會成為晦澀難懂的“專業文章”,對於普通讀者來說也猶如看天書一般,專業有餘易讀性較差,那麼本文就通過比較簡單生動的描述來給大家還原一下一款芯片從無到有的全過程。

一片芯片從無到有的全過程大概可以分為四個步驟——“芯片設計”“晶圓生產”“芯片光刻”“成片測試以及芯片封裝”這四個步驟,本文也就從這四個步驟講起給你還原一個真實的芯片從無到有的全過程。


第一步·芯片電路設計

目前大家所熟知的高通,華為海思,蘋果,聯發科等等這些半導體企業其實本質上都是一個個的芯片設計商,專業術語叫做集成電路設計公司,他們的工作是設計芯片本身的電路圖,架構(某些低端芯片可能能做到自設自產)你可以簡單地理解為他們就是建築行業當中的設計院,是畫圖紙的。

一款芯片在設計之初,首先需要確定芯片的規格結構以及用途,這一步叫做規格制定。

就像大家在搭建樓房時要首先確定這棟樓房裡面有幾梯幾戶,戶型大小,用途之類的工作一樣這一步直接決定了處理器最終的形態。

就拿麒麟990 5G來說,麒麟990 5G在芯片前期規劃的時候就已經決定要將5G基帶和CPU,GPU等集成在一起,所以在盡心芯片設計的時候就需要考慮合理的分配CPU,GPU以及5G基帶的資源(為了集成5G基帶華為不惜將芯片的面積做大,削減原本可以分配給CPU以及GPU的資源)

在規格制定之後就需要進行前端以及後端設計了,這一步需要前端設計工程師採用硬體描述語言(HDL)根據前期規劃的要求將芯片的結構用代碼語言描述出來(其實很類似於程序員寫代碼)在這一步還需要考慮採用什麼指令集(相當於是處理器世界當中的操作系統),對應的採用什麼架構等等,是一個非常複雜的過程。在完成了準確無誤的HDL Code之後,就需要交由放入電子設計自動化工具(EDA tool)中生成成真實的電路圖(EDA設計軟件被美國公司所主導,我國尚且沒有類似工具所替代)然後經過反覆的測試論證之後就會生成一個複雜完整的總的電路圖,如下圖所示,基本上接近於芯片真實的樣子了,如下圖示。

這就是一套比較完整的芯片設計的總過程,看似簡單但是很多流程是非常的繁瑣以及複雜的,需要耗費大量的人力物力成本,尤其是牽扯到高端芯片電路設計的時候複雜程度會呈現幾何倍的增長。


第二步·晶圓生產

其實咱們目前所見到的芯片都是由沙子一步步處理而來,沙子雖然足夠廉價但是其處理的過程那可是相當的複雜。

首先是通過對沙子進行高溫脫氧,提取沙子中的硅元素,然後經過一系列高精度的提純等過程得到一塊高精度的硅錠或者硅柱,然後再對硅柱進行橫向的切割就得到了芯片生產時所必須要用到的一片一片的硅片。這裡面的難點就在於硅元素的提純,因為芯片對於硅元素的純度要求非常高需要達到99.999999999%以上,如此高精度的提純工藝可不是一個簡單的工程。目前掌握高端晶元生產工藝的多背日本,韓國以及臺灣等企業所壟斷,我國的晶圓生產工藝尚在爬坡的過程中。

第三步·利用光刻技術在晶圓板構建芯片的核心結構

在芯片設計的第一步大家應該已經知道了,芯片設計廠商會將一款芯片的電路圖通過設計軟件進行設計,那麼如果將這部分設計稿最終展現在一塊小小的晶圓上呢?這就需要用到光刻的技術了,他們會在晶圓上覆蓋一層光刻膠(被日本壟斷)然後利用光刻膠會被光腐蝕而不會被腐蝕液腐蝕,金屬會被腐蝕液腐蝕而不會被光腐蝕等特性在硅晶圓上進行非常複雜細緻的“雕刻”和“打磨”工作,經過反覆的離子注入、清除光刻膠、電鍍、表面鍍銅、拋光、切割、檢測等程序等等一系列步驟之後,一款芯片的雛形就已經誕生了。

這個步驟是芯片生產過程中的難點,其中最重要的機器就是光刻機,目前頂級的光刻機一臺的價格就可以賣到上億元人民幣,而且還是戰略物資,有錢也不一定能夠買得到,目前頂級的光刻機被荷蘭的ASML公司所壟斷,目前他們已經我們國產光刻機只能達到穩定生產28nm工藝芯片的技術,和荷蘭的的ASML公司相差較大。


最後一步·測試以及封裝

最後一步就是測試以及封裝了,我們目前所能買到的芯片其實都是封裝後的產物,簡單來說就是將製造完成的晶圓固定,綁定引腳,然後根據用戶的應用習慣、應用環境、市場形式等外在因素採用各種不同的封裝形式;同種芯片內核可以有不同的封裝形式,比如:DIP、QFP、PLCC、QFN 等等,下面這些都是常見的封裝方式。


這就是一塊芯片從無到有誕生的全過程,實際的過程要比筆者所編寫的內容要複雜的多的多,其實我國早在上世紀70年代就已經開始了對芯片行業進行佈局了,只不過最後由於國情問題最終放棄了,導致我們國家的芯片研發技術和國外發達國家拉了一個身位,不過我相信隨著時代的發展,國家資源的傾斜,我們國家的芯片技術將會有大踏步的發展。


end 希望可以幫到你

小伊評科技


成分是:礦石、塑料、微細金屬,膠水若干,,慢火燉三小時!調料少許。


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